數字圖像相關方法在工程力學專業本科生課程設計中的應用探討

郝文峰

摘 要 數字圖像相關方法是目前科研和工程中應用最為廣泛的一種光學非接觸測量方法。由于具有全場、非接觸、易于操作等優點，數字圖像相關方法在工程力學本科生培養中也能發揮重要作用。本文探討將數字圖像相關方法用于工程力學本科生課程設計，引導學生利用先進實驗技術探索材料力學實驗中的相關現象，分析實驗影響因素及誤差產生原因，從而培養學生創新思維。

關鍵詞 工程力學 課程設計 數字圖像相關方法 創新思維

中圖分類號：G424.31文獻標識碼：A

0引言

力學是工程科學的先導，隨著科學技術的發展，目前對工程力學專業學生的要求也越來越高。對工程力學專業學生的培養，不僅要加強其理論水平，提高計算能力，也要培養學生動手實驗能力，特別是對于先進實驗測量技術與方法的了解和應用。實驗力學在工程力學專業學生培養中起到開發學生動手能力，激發學生探索新事物，發現新現象的作用。數字圖像相關方法是實驗力學中非常重要的一種光學非接觸測試方法，由于其光路簡單，易于操作，已經在工程領域得到了大量應用。為培養工程力學專業學生實際動手能力和創新思維，本文探討數字圖像相關方法在工程力學本科生課程設計中的應用。

1數字圖像相關方法在《工程力學課程設計》中的應用探索

《工程力學課程設計》是工程力學專業學生在完成理論力學和材料力學后的一門重要課程設計，它要求學生綜合利用所學力學知識，解決工程中簡單的問題。梁的變形問題是材料力學中重要的章節，通過理論公式可以計算幾種典型邊界條件和受力條件下梁的撓曲線方程。在《工程力學課程設計》中，我們要求學生分析梁的撓曲線方程推導的假設條件。同時，分析在不滿足假設條件下理論計算與實際測量的誤差。我們采用數字圖像相關方法測量三點彎曲載荷作用下梁的撓曲線。通過改變跨厚比，分析跨厚比對梁撓度的影響。數字圖像相關方法能夠測量梁的全場變形，相比于單點測量的位移計具有較大的優勢。通過《工程力學課程設計》的訓練，既可以培養學生理論推導能力，又能培養學生實驗動手能力。另外，通過本課程設計，開發了學生創新思維，啟發學生利用新的實驗技術與方法解決實際問題。在實驗中發現問題解決問題。同時，通過本次課程設計培養了學生團隊合作的精神，在實驗過程中同學們需要多人配合完成實驗加載、圖像采集、實驗數據處理等環節。因此，數字圖像相關方法在《工程力學課程設計》中的應用取得了較好的效果，值得推廣。

2數字圖像相關方法在《工程力學典型問題實驗設計》中的應用探索

《工程力學典型問題實驗設計》是工程力學專業大學三年級需要完成的課程設計，此課程設計主要目的是培養學生實驗設計及實驗動力能力。數字圖像相關方法由于其特有的優勢，使其在此課程設計中發揮了重要作用。實驗設計之一是將數字圖像相關方法用于測量I型裂紋尖端應力強度因子。此實驗涉及到斷裂力學，對學生的理論功底要求較高。同時，由于應力強度因子是由裂紋尖端附件位移場計算所得，對學生們利用MATLAB等軟件開展數值計算的能力要求也較高。最后，通過數字圖像相關方法計算所得應力強度因子與理論解進行對比，分析誤差產生原因及減小誤差的方法。通過本課程設計的訓練，既可以培養學生理論推導能力，又能培養學生實驗動手能力。另外，通過本課程設計，開發了學生創新思維，啟發學生利用新的實驗技術與方法解決實際問題。在實驗中發現問題解決問題。同時，通過本次課程設計培養了學生團隊合作的精神，在實驗過程中同學們需要多人配合完成實驗加載、圖像采集、實驗數據處理等環節。因此，數字圖像相關方法在《工程力學典型問題實驗設計》中的應用取得了較好的效果，值得推廣。

3結語

隨著我國生產力的發展以及經濟水平的大幅提升，當前各行各業都在發展人工智能和大數據技術。與此同時，越來越多的人開始逐漸認識到實驗力學的重要性，從而推動了傳統工程力學專業的改革和發展。就工程力學專業而言，面臨了許多新的挑戰，同時也是新的機遇。大力培養工程力學專業學生動手能力，有效地落實工程力學專業培養方案，有利于促進工程力學學生更好地提升對于專業知識的理解與應用能力。在實驗教學的過程中，為了促進學生創新能力與綜合素質的提升，應有效地利用新的實驗方法和實驗技術，加強其對于實踐教學的重視程度，創建新型的實驗教學模式，實現理論教學與實驗教學二者的有機結合，從而實現學生綜合能力的有效強化，培養學生創新思維能力。

參考文獻

[1] 武際可.力學史[M].上海：上海辭書出版社，2010.

[2] 季順迎，武金瑛，馬紅艷.力學史知識在材料力學教學中的結合與實踐[J].高等理科教育，2012（04）：137-142.

[3] 陳萍.淺析材料力學實驗教學與學生綜合創新能力的培養[J].才智，2019：131.